电工作业修改版电工基础

1、电工作业修改版电工基础前 言1-1 电路基础知识一、电流和电路1.电荷与电流 失去电子或得到电子的微粒称为正电荷或负电荷。带有电荷的物体称为带电体。电荷的多少用电量表示。其单位为C（库或库仑） 电流是带电微粒的定向移动。通常以正电荷移动的方向规定为电流的参考正方向。大小、方向均不随时间变化的稳恒直流电；大小、方向随时间作周期性变化的电流称为交流电流。1-1 电路基础知识2.电流 单位时间内通过导体横截面的电荷量叫做电流，用I表示。如果在t秒钟通过导体横截面的电荷量是Q,那么：I Q t= 1秒钟内通过导体截面积的电量为1库仑时，则导体内的电流为1安培。电流的国际单位制是安培【A】，较小的单位还

2、有毫安【mA】和微安【A】等，它们之间的换算关系为：1A=103mA=106A=10-3kA 电路可以实现电能的传输、分配和转换。电力系统中：电子技术中： 电路可以实现电信号的传递、存储和处理。电路的功能负载：1-1 电路基础知识 电路就是电流所经过的路径，电路为一闭合回路。电路由电源、控制电器和保护电器、导线和负载组成。电源：即电能的源泉，是推动电路中电流流动的原动力。电源是指电路中供给电能的设备，它的作用是将非电形式的能量转换为电能。如电池将化学能转换为电能，发电机将机械能转换为电能等。如发电机、蓄电池等。负载是指用电设备，即电路中消耗电能的设备，它的作用是将电能转换为其他形式的能量。如电

3、灯将电能转换为光能，电炉将电能转换为热能，电动机将电能转换为机械能等。控制和保护电器： 控制和保护电器部件，如开关设备、测量设备以及各种继电保护设备等。3.电路导线：电源和负载之间不可缺少的连接部分。电路模型和电路元件电源负载实体电路中间环节 与实体电路相对应、由理想元件构成的电路图，称为实体电路的电路模型。电路模型负载电源开关连接导线SRL+ UIUS+_R01-1 电路基础知识电气设备的额定值电气设备长期、安全工作条件下的最高限值称为额定值。 电气设备的额定值是根据设计、材料及制造工艺等因素，由制造厂家给出的技术数据。电路的三种工作状态IUS(RSRL)（1）通路 U=USIRS RLS

4、USRS（2）开路U=USI0S USRSRLU=0IUS/RS（3）短路RLS USRS1-1 电路基础知识过负荷一般情况不允许断路轻负荷短路通路电路的状态满负荷电路的几种状态1-1 电路基础知识1、通路就是电源与负载接成的回路，这时电路中有电流通过。 电源与负载构成闭合回路，电源处于有载工作状态，电路中有电流流过。A、满负荷B、轻负荷C、过负荷（一般情况不允许）2、短路短路就是电源未经负载而直接由导线构成通路。 当电路中如图所示的两点间用导线相连时，称电阻R被短路。这两点间的导线称为短路线，短路线中的电流叫短路电流。注:短路可分为有用短路和故障短路，故障短路往往会造成电路中电流过大，使电路

5、无法正常工作，严重的会产生事故。1-1 电路基础知识3、断路断路就是电源与负载未接成闭合回路，这时电路中没有电流通过。 开关S断开或电路中某处断开，切断的电路中没有电流流过，此时的电路称为开路。开路又叫断路，断开的两点间的电压称为开路电压。注：开路也分为正常开路和故障开路。如不需要电路工作时，把电源开关打开为正常开路；而灯丝烧断，导线断裂产生的开路为故障开路，它使电路不能正常工作。1-1 电路基础知识1-1 电路基础知识二、电场、电场强度1.电场 电场存在于带电体周围，能对位于该电场中的电荷产生作用力电场力。电场力的大小与电场的强弱有关，这又与带电体所带的电荷量多少有关。1-1 电路基础知识

6、2.电场强度 衡量电场强弱的一个物理量，既有大小又有方。电场中任意一点的电场强度，在数值等于放在该点的单位正电荷所受电场力的大小，其方向是正电荷受力的方向，即： E = F/Q E电场强度，F/C（牛顿/库仑) F-电荷所受的电场力，N（牛顿） Q正电荷的电量，C（库仑）1-1 电路基础知识三、电位、电压、电动势1.电位 在电场力作用下，单位正电荷由电场中某一点移到参考点（电位为零）所做的功叫做该点的电位。 Va = +5V a 点电位：ab15Aab15A例例 电位实际上就是电路中某点到参考点的电压，电压常用双下标，而电位则用单下标，电位的单位也是伏特V。 电位具有相对性，规定参考点的电位为

7、零电位。因此，相对于参考点较高的电位呈正电位，较参考点低的电位呈负电位。Vb = - 5V b点电位： 电位12V例求开关S打开和闭合时a点的电位值。12V6K4K20K12VS 解画出S打开时的等效电路：baSbadc6K4Kc20K12V 显然，开关S打开时相当于一个闭合的全电路，a点电位为：S闭合时的等效电路：6K4K20K12V12VbacS闭合时，a点电位只与右回路有关，其值为：dd电位的计算例电路如下图所示，分别以A、B为参考点计算C和D点的电位及UCD。10 V2 +5 V+3 BCDIA 解以A点为参考电位时I =10 + 53 + 2= 3 AVC = 3 3 = 9 VVD

8、= 3 2= 6 VUCD = VC VD = 15 V以B点为参考电位时VD = 5 VVC = 10 VUCD = VC VD= 15 V* 电路中某一点的电位等于该点到参考点的电压；*电路中各点的电位随参考点选的不同而改变，但是任意两点间的电压不变。直流情况下2.电压 电场力把单位正电荷从电场中的一点移到另一点所做的功。其表达式为：注意：变量用小写字母表示，恒量用大写字母表示。 电压的国际单位制是伏特【 V 】 ，常用的单位还有毫伏【 mV 】和千伏【KV】等，换算关系为：1V=103mV=103KV 电工技术基础问题分析中，通常规定电压的参考正方向由高电位指向低电位，因此电压又称作电压

9、降。 从工程应用的角度来讲，电路中电压是产生电流的根本原因。数值上，电压等于电路中两点电位的差值。即：电流、电压的参考方向 对电路进行分析计算时应注意：列写电路方程式之前，首先要在电路中标出电流、电压的参考方向。电路图上电流、电压参考方向的标定，原则上任意假定，但一经选定，在整个分析计算过程中，这些参考方向就不允许再变更。aI电源元件Ub非关联参考方向aI负载元件Ub关联参考方向 实际电源上的电压、电流方向总是非关联的，实际负载上的电压、电流方向是关联的。因此，假定某元件是电源时，应选取非关联参考方向，假定某元件是负载应选取关联参考方向。 电路中电位的概念及计算 电压是两点的电位差,电压值确定

10、 某点的电位在计算中与零电位点的选择有关，没有 确切值，只是一个相对值。 电位在运用时要选定一参考点,参考点选定后, 不能改动.所选参考点的电位值设为0 实际应用中,一般选大地、机壳为参考零电位点.注意：电位和电压的区别电位值是相对的，参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；电路中两点间的电压值是绝对的，不会因参考点的不同而改变。 在电路图上预先标出电压、电流的参考方向，目的是为解题时列写方程式提供依据。因为，只有参考方向标定的情况下，方程式各电量前的正、负号才有意义。I 为什么要在电路图中预先标出参考方向？例如 +USR0RI 设参考方向下US=100V，I=5A，则说明电源电压的

11、实际方向与参考方向一致；电流为负值说明其实际方向与图中所标示的参考方向相反。 参考方向一经设定，在分析和计算过程中不得随意改动。方程式各量前面的正、负号均应依据参考方向写出，而电量的真实方向是以计算结果和参考方向二者共同确定的。思考 回答1.在电路分析中，引入参考方向的目的是什么？2.应用参考方向时，你能说明“正、负”、“加、减”及“相同、相反”这几对词的不同之处吗？ 电路分析中引入参考方向的目的是：为分析和计算电路提供方便和依据。 应用参考方向时，“正、负”是指在参考方向下，电压、电流数值前面的正负号，如某电流为“5A”，说明其实际方向与参考方向相反，某电压为“100V”，说明该电压实际方向

12、与参考方向一致；“加、减”指参考方向下电路方程式中各量前面的加、减号；“相同”是指电压、电流为关联参考方向，“相反”指的是电压、电流参考方向非关联。 检验学习结果下图电路中若选定C为参考点，当开关断开和闭合时，判断各点的电位值。求下图电路中开关S闭合和断开时B点的电位。试述电压和电位的异同，若电路中两点电位都很高，则这两点间电压是否也很高？+A24V-BCDS+12VA26K4V-12VBS4K2K1-1 电路基础知识 要使电流持续不断沿电路流动，就需要一个电源，把正电荷从低电位移向高电位，这种使电路两端产生并维持一定电压差的能力叫做电动势。 在电源内部，非电场力将单位正电荷从电源的低电位端（

13、负极）移到高电位端（正极）所做的功，称为电源的电动势，用符号E表示，电动势的单位也是伏特V 。 外力将单位正电荷从电源负极经电源内部移到正极所做的功。E为电源电动势，单位为伏特。 A外为外力所做的功，单位为焦耳。Q为外力分离电荷电量，单位库仑。 E=A外/Q1-1 电路基础知识电源的电动势电动势电源、非静电力+水池泵1-1 电路基础知识电动势和电压 电动势和电压的单位相同，但二者概念有区别： 首先，物理意义不同。电压是衡量电场力作功大小的物理量，而电动势则表示非电场力作功本领的物理量。 其次，两者的方向不同，电压是由高电位指向低电位，是电位降低的方向。而电动势相反。 再次，存在的方式不同。电压

14、既存在电源内部也存在电源的外部，电动势仅存在于电源的内部 。1-1 电路基础知识四、导体、绝缘体、半导体和导体电阻原子核 原子核中有质子和中子，其中质子带正电，中子不带电。 绕原子核高速旋转的电子带负电。自然界物质的电结构：电子正电荷负电荷=原子结构中：原子核 导体的外层电子数很少且距离原子核较远，因此受原子核的束缚力很弱，极易挣脱原子核的束缚游离到空间成为自由电子，即导体的特点就是内部具有大量的自由电子。原子核 半导体的外层电子数一般为4个，其导电性界于导体和绝缘体之间。原子核 绝缘体外层电子数通常为8个，且距离原子核较近，因此受到原子核很强的束缚力而无法挣脱，我们把外层电子数为8个称为稳定

15、结构，这种结构中不存在自由电子，因此不导电。1-1 电路基础知识1-1 电路基础知识1-1 电路基础知识 当外界电场的作用力超过原子核对外层电子的束缚力时，绝缘体的外层电子同样也会挣脱原子核的束缚成为自由电子，这种现象我们称为“绝缘击穿”。绝缘体一旦被击穿，就会永久丧失其绝缘性能而成为导体。1、绝缘体是否在任何条件下都不导电？2、半导体有什么特殊性？ 半导体的导电性虽然介于导体和绝缘体之间，但半导体在外界条件发生变化时，其导电能力将大大增强；若在纯净的半导体中掺入某些微量杂质后，其导电能力甚至会增加上万乃至几十万倍，半导体的上述特殊性，使它在电子技术中得到了极其广泛地应用。1-1 电路基础知识

16、（四）电阻(1)电阻的定义及特性 电阻(电子的运动必然要和导体中的分子或原子发生碰撞，使电子在导体中的运动受到一定的阻力，导体对电子的阻碍作用，称为电阻。)，电阻用R表示，单位是欧姆，符号“”。 1K=103、 1M=103k电阻元件图符号R1-1 电路基础知识1-1 电路基础知识电阻(2) 导体电阻的大小决定于导体的长度，截面积和自身材料。同一温度下，公式表示为： R=L/S为电阻系数，单位为mm2/m；L为导体长度，单位为米（m）；S为导体撗截面积。单位为平方毫米（mm2） 电阻率一般会随温度升高而增大。康铜、锰铜电阻率随温度变化较小,常用作标准电阻绝缘体与导体电阻 。常见的电阻图片滑线电

17、阻磁盘电位器珐琅电阻电阻箱常见的电阻图片色环电阻欧姆定律U=IRR=U/II=U/RR=U/I不变不变00I=U/R1-1 电路基础知识（五）欧姆定律1-1 电路基础知识六、电功、电功率与热效应1.电功 将电能转换成其他形式的能时，电流要做功，电流所做的功叫电功。由I = Q / t 及 U = A / Q 得：A = U Q = I U t A = I2Rt = U2 / R t电功的单位是焦耳（J）。1-1 电路基础知识2.电功率 单位时间内电流所做的功叫电功率。 P = A/t P = I U = I 2R = U2/R 电功率的单位是瓦特（W） 1 kw= 103w = 106mw P

18、1= E I （电源的电功率） P2 = U I （负载功率）1-1 电路基础知识3.电流的热效应 Q = I 2 R t 焦耳（J） 这个关系式又叫愣次焦耳定律，热量Q 的单位是J。为了避免设备过度发热，根据绝缘材料的允许温度，对于各种导线规定了不同截面下的最大允许电流值，又称安全电流。 1-1 电路基础知识RUIR2R1UII1I2R1R2IUU1U2电阻的串联电阻的并联等效电路串联各电阻中通过的电流相同。并联各电阻两端的电压相同。如果两个串联电阻有：R1R2，则RR1如果两个并联电阻有：R1R2，则RR21、电阻的串联与并联电阻的混联计算举例解： Rab=R1+ R6+(R2/R3)+(R4/R5)R1R2R3R4R5R6ab由a、b端向里看， R2和R3，R4和R5均连接在相同的两点之间，因此是并联关系，把这